Экспансия «Натриевого мира» сквозь эволюционное время и таксономическое пространствостатья
Статья опубликована в журнале из списка RSCI Web of Science
Статья опубликована в журнале из перечня ВАК
Статья опубликована в журнале из списка Web of Science и/или Scopus
Дата последнего поиска статьи во внешних источниках: 4 марта 2022 г.
Аннотация:В 1986 г. Владимир Скулачев и его коллеги назвали «Натриевым миром» сообщество организмов, обладающих натрий (Na)-зависимой биоэнергетикой. Хотя к тому времени было обнаружено лишь несколько таких организмов, авторы проницательно отметили, что «большое таксономическое разнообразие организмов, использующих Na-цикл, указывает на повсеместное распространение этого нового типа мембрано-связанного преобразования энергии». Мы применили инструменты биоинформатики, чтобы проследить за расширением «Натриевого мира» в эволюционном времени и таксономическом пространстве. Так, в геномах прокариот были идентифицированы те семейства мембранных белков, которые коррелируют с использованием Na-потенциала для синтеза АТФ. Помимо известных переносчиков Na, было обнаружено множество не охарактеризованных семейств белков; большинство из них негомологичны изученным белкам. Кроме того, элементы натрий-зависимой энергетики были обнаружены у многих новых клад архей и бактерий, недавно идентифицированных методами метагеномики. Полученные данные свидетельствуют в пользу эволюционной первичности натрий-зависимой энергетики и ее преобладании в течение первых двух миллиардов лет истории Земли вплоть до насыщения атмосферы кислородом. Таким образом, полный потенциал натрий-зависимой энергетики для прокариот остается в значительной степени неоцененным. «Натриевый мир» расширялся за счет обретения новых функций Na-переносящими системами. В частности, большинство классов рецепторов, ассоциированных с G-белком (GPCR), являющихся мишенью почти половины всех известных лекарств, по-видимому, произошли от Na+-переносящих микробных родопсинов. При этом GPCR класса A с 700 представителями в геноме человека сохранили Na+-связывающий сайт между своими 7-ю трансмембранными спиралями вместе со способностью к транслокации Na+. Математическое моделирование показало, что GPCR класса A, по-видимому, используют энергию трансмембранного Na-потенциала для увеличения как своей чувствительности, так и селективности. Таким образом, GPCR, самое большое из представленных в геноме человека белковых семейств, происходит из «Натриевого мира», что говорит о необходимости изучения и других Na-зависимых ферментов эукариот.